[發(fā)明專利]一種可高效活化過硫酸鹽的鐵酸鈷/蒙脫石/C催化劑及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011246765.5
• 申請(qǐng)日: 2020-11-10
• 公開（公告）號(hào): CN112473670B
• 公開（公告）日: 2023-02-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李猛;莫測(cè)輝;李沁珂;何可瑩;羅璇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 暨南大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J23/75
• 分類號(hào): B01J23/75;B01J35/10;C02F1/28;C02F1/72;C02F101/30;C02F101/34;C02F101/36;C02F101/38
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 陳娟

本發(fā)明涉及一種可高效活化過硫酸鹽的鐵酸鈷/蒙脫石/C催化劑及其制備方法和應(yīng)用。該鐵酸鈷/蒙脫石催化劑為鐵酸鈷、蒙脫石和C的復(fù)合物，所述復(fù)合物中鐵酸鈷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40～75％，所述復(fù)合物中蒙脫石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20～50％。本發(fā)明提供的鐵酸鈷/蒙脫石/C催化劑具有較大的比表面積，強(qiáng)的催化特性和良好的化學(xué)穩(wěn)定性，將其活化過硫酸鹽去除四環(huán)素時(shí)，可增多催化活性位點(diǎn)，pH使用范圍寬，去除四環(huán)素效率高且再生利用性強(qiáng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水污染控制領(lǐng)域，具體涉及一種可高效活化過硫酸鹽的鐵酸鈷/蒙脫石/C催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

近年來，隨著制藥和農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，飲用水和廢水中的抗生素嚴(yán)重超標(biāo)排放。四環(huán)素作為一種廣泛使用的廣譜抗生素和世界上第二大最普遍的抗生素，由于過度使用，通過生物蓄積和食物鏈給人類帶來巨大威脅。雖然利用物理吸附、生物降解和化學(xué)反應(yīng)等各種技術(shù)能夠去除過量的四環(huán)素，但由于越來越嚴(yán)格的水質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)，這些方法不適合繼續(xù)使用。因此，迫切需要探索經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、高效的技術(shù)來解決水環(huán)境中的四環(huán)素污染問題。最近，基于過硫酸鹽的高級(jí)氧化工藝由于反應(yīng)選擇性、寬的pH范圍、長(zhǎng)的半衰期和高的氧化電位在處理難降解有機(jī)污染物方面受到廣泛關(guān)注。通過均相催化方式活化過硫酸鹽能夠有效的降解有機(jī)物，但面臨藥劑投加量大，易流失和成本過高等缺點(diǎn)，因此，目前大量研究集中于非均相催化劑的研發(fā)。高效非均相催化劑要求反應(yīng)活性高、穩(wěn)定性強(qiáng)、電導(dǎo)率優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，不僅能夠高效的活化過硫酸鹽產(chǎn)生自由基，也能在催化劑和目標(biāo)污染物之間快速傳遞電子。但是，單一的催化材料不能同時(shí)具備以上需求，而通過將不同的催化組分復(fù)合在一起形成具有特定結(jié)構(gòu)的復(fù)合催化材料，從而高效促進(jìn)催化特性。

尖晶石鈷鐵氧納米粒子在活化過硫酸鹽過程中表現(xiàn)出金屬離子的低浸出和有效的催化活性。然而，鈷鐵氧納米粒子由于具有很大的表面能，在降解目標(biāo)污染物過程中容易聚集和溶解，這將極大地降低可用的反應(yīng)位點(diǎn)和比表面積。專利CN105399197A通過制備三維磁性有序介孔鐵酸鈷來實(shí)現(xiàn)對(duì)過硫酸鹽的較好活化，但類似的專利報(bào)道較少。因此，開發(fā)對(duì)過硫酸鹽具有較好活化作用的新型催化劑具有重要的研究意義和應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有尖晶石鈷鐵氧納米粒子在活化過硫酸鹽過程中存在易聚集、溶解，導(dǎo)致可用的反應(yīng)位點(diǎn)少和比表面積小的缺陷或不足，提供一種可高效活化過硫酸鹽的鐵酸鈷/蒙脫石/C催化劑。本發(fā)明提供的鐵酸鈷/蒙脫石/C催化劑具有較大的比表面積，強(qiáng)的催化特性和良好的化學(xué)穩(wěn)定性，將其活化過硫酸鹽去除四環(huán)素時(shí)，可增多催化活性位點(diǎn)，pH使用范圍寬，去除四環(huán)素效率高且再生利用性強(qiáng)。

本發(fā)明的另一目的在于提供上述鐵酸鈷/蒙脫石/C催化劑的制備方法。

本發(fā)明的另一目的在于提供上述鐵酸鈷/蒙脫石/C催化劑在降解有機(jī)污染物中的應(yīng)用。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種可高效活化過硫酸鹽的鐵酸鈷/蒙脫石催化劑，為鐵酸鈷、蒙脫石和C的復(fù)合物，所述復(fù)合物中鐵酸鈷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40～75％，所述復(fù)合物中蒙脫石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20～50％。

蒙脫石是一種具有二維層狀結(jié)構(gòu)的天然粘土礦物，通常被用作金屬氧化物催化劑的模板材料。其二維片層結(jié)構(gòu)包含兩個(gè)外四面體硅層和內(nèi)八面體薄片。八面體薄片中的鋁原子通常可以用鎂原子代替。此外，Al和Mg在價(jià)態(tài)中的差異可以在八面體平面上產(chǎn)生負(fù)電荷分布，這將通過調(diào)節(jié)蒙脫石表面的結(jié)晶度來阻止鈷鐵氧納米粒子的團(tuán)聚此外，蒙脫石中含有豐富的羥基可作為活化過硫酸鹽的活性位點(diǎn)。

C元素的引入不僅能夠增強(qiáng)催化劑的活性位點(diǎn)，而且能夠有效吸附水中有機(jī)污染物，為有機(jī)物降解提供良好的微環(huán)境。